וידאו-רדיוגרפיה דו-מישורית לחקר שורש כף היד והמפרקים הרדיו-אולנריים הדיסטליים

Bardiya Akhbari; Amy M Morton; Douglas C Moore; Joseph J Crisco

doi:10.3791/62102

Method Article

וידאו-רדיוגרפיה דו-מישורית לחקר שורש כף היד והמפרקים הרדיו-אולנריים הדיסטליים

DOI:

10.3791/62102

⸱

February 4th, 2021

Bardiya Akhbari¹ , Amy M Morton² , Douglas C Moore² , Joseph J Crisco¹^,²

¹Center for Biomedical Engineering, Brown University, ²Department of Orthopedics, The Warren Alpert Medical School of Brown University and Rhode Island Hospital

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

וידאו-רדיוגרפיה דו-מישורית (BVR) היא טכניקת הדמיה מתקדמת להבנת התנועה התלת מימדית של עצמות השלד והשתלים. בשילוב נפחי תמונה מבוססי צפיפות וצילומי וידאו של הגפה העליונה הדיסטלית, BVR משמש לחקר התנועה in vivo של שורש כף היד והמפרק הרדיו-אולנרי הדיסטלי, כמו גם ניתוחי מפרקים מפרקים.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מדידה מדויקת של קינמטיקה של השלד in vivo חיונית להבנת תפקוד תקין של המפרקים, השפעת הפתולוגיה, התקדמות המחלה והשפעות הטיפולים. מערכות מדידה המשתמשות בסמני פני העור כדי להסיק תנועת שלד סיפקו תובנה חשובה לגבי קינמטיקה נורמלית ופתולוגית, עם זאת, לא ניתן להשיג ארתרוקינמטיקה מדויקת באמצעות מערכות אלה, במיוחד במהלך פעילויות דינמיות. בשני העשורים האחרונים, מערכות וידאו-רדיוגרפיה דו-מישורית (BVR) אפשרו לחוקרים רבים לחקור ישירות את קינמטיקה השלד של המפרקים במהלך פעילויות חיי היומיום. כדי ליישם מערכות BVR עבור הגפה העליונה הדיסטלית, צילומי וידיאו של הרדיוס הדיסטלי והיד נרכשים משני מקורות רנטגן מכוילים בזמן שהנבדק מבצע משימה ייעודית. מיקומי גוף קשיח תלת מימדיים (3D) מחושבים ממכשירי הווידיאו באמצעות רישומים מתאימים ביותר של הקרנות מודל תלת מימד לכל תצוגת BVR. המודלים התלת מימדיים הם נפחי תמונה מבוססי צפיפות של העצם הספציפית הנגזרים מנתוני טומוגרפיה ממוחשבת שנרכשו באופן עצמאי. תוך שימוש ביחידות מעבד גרפי ומערכות מחשוב בעלות ביצועים גבוהים, גישת מעקב מבוססת מודל זו הוכחה כמהירה ומדויקת בהערכת הביומכניקה של פרק כף היד והמפרק הרדיו-אולנרי הדיסטלי. במחקר זה, סיכמנו תחילה את המחקרים הקודמים שביססו את ההסכמה התת-מילימטרית והתת-דרגה של BVR עם מערכת לכידת תנועה אופטית במבחנה בהערכת הקינמטיקה של פרק כף היד והמפרק הרדיו-אולנרי הדיסטלי. יתר על כן, השתמשנו ב-BVR כדי לחשב את התנהגות מרכז הסיבוב של מפרק שורש כף היד, להעריך את דפוס הביטוי של מרכיבי השתל זה על זה, ולהעריך את השינוי הדינמי של השונות האולנרית במהלך פרונוסופינציה של האמה. בעתיד, עצמות קרפליות עשויות להילכד בפירוט רב יותר עם תוספת של גלאי רנטגן שטוחים, יותר מקורות רנטגן (כלומר, וידיאו רדיוגרפיה רב-מישורית), או אלגוריתמים מתקדמים של ראייה ממוחשבת.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מדידה מדויקת של קינמטיקה של השלד in vivo חיונית להבנת תפקוד מפרקים בריא ומוחלף, השפעת הפתולוגיה, התקדמות המחלה והשפעות הטיפולים. כימות קינמטיקה של השלד באופן לא פולשני על פני המפרק (ארתרוקינמטיקה) הוא חיוני להבנת פתולוגיות ומחלות מפרקים, כגון דלקת מפרקים ניוונית, אך הוא מאתגר מבחינה טכנית. בעבר, טכניקות המשתמשות בסמני פני העור כדי להסיק תנועת שלד סיפקו תובנה חשובה לגבי קינמטיקה בריאה ופתולוגית. עם זאת, לא ניתן להשיג ארתרוקינמטיקה מדויקת באמצעות טכניקות אלה, במיוחד במהלך פעילויות דינמיות כגון פעילויות של חיי היומיום. מערכות אופטיות אלו מוגבלות מטבען ברמת הדיוק בגלל תנועת העור ביחס לעצמות הבסיסיות, מקור הטעות העיקרי בניתוח תנוע....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית (IRB) של Lifespan - בית החולים רוד איילנד, IRB מוסמך AAHRPP. בסך הכל 16 מטופלים נתנו הסכמה מדעת חתומה על פי הנחיות המוסד.

1. רכישת נתונים

טומוגרפיה ממוחשבת (CT)
1. הכן את הדגימות או הנבדקים ל-CT.
  הערה: לצורך הערכת הדיוק נעשה שימוש ^ב-6 אמות שלמות מארבע דגימות גופות שלמות (70.5 ± 12.3 שנים, 4 זכויות, 2 נקבות) ואמה אחת (49 שנים, ימין, נקבה) עם ניתוח מפרקים כולל בשורש כף היד. במחקר in vivo ¹⁶, נרשמו 10 מתנדבים עם פרקי כף היד בריאים (57.0 ± 5.2 שנים, שמונה נשים, תשע דומיננט....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הבחירה בתוכנה לרישום תמונות מדו-ממד לתלת-ממד למעקב מבוסס דגמים תלויה בחלקה בגישה ליחידות מעבד גרפי (GPU) ולמערכות מחשוב עתירות ביצועים (HPC). לתוכניות אלו יש צינורות שונים, ונכון לעכשיו, אין מתודולוגיה משותפת בין התוכניות. במחקר זה, אנו משתמשים ב-Autoscoper, תוכנת רישום תמונות דו-ממדית לתלת-ממדית בקוד פתוח שפותחה באוניברסיטת בראון²⁵. הבחירה בקוד פתוח מאפשרת לחוקרים לשנות ולהפוך את הצינור שלהם לאוטומטי. בתוכנה זו, תמונות רדיוגרפיות נקראות "Rad Renderer" וצילומי רנטגן משוחזרים דיגיט.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

וידאו-רדיוגרפיה דו-מישורית (BVR) היא שיטה מבוססת תמונה שניתן להשתמש בה למדידת תנועת העצם והשתל בשורש כף היד ובמפרק הרדיו-אולנרי הדיסטלי עם דיוק תת-מילימטרי ותת-דרגתי. במחקרים שתיארנו כאן, נעשה שימוש ב-BVR כדי לזהות דפוס מדויק של COR מוקרן עבור פרק כף יד בריא כמו גם דפוסי מגע TWA. ממצאים כאלה עשויים ליידע את התכנון של הדור הבא של החלפות שורש כף היד ויכולים לספק נתונים in vivo לאימות חישובי של מודלים. באמצעות BVR, נצפה גם הקשר הלא ליניארי של שינוי בשונות האולנרית עם Pronosupination של האמה, מה שיכול להועיל בתכנון .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אין לנו ניגוד אינטרסים להצהיר עליו.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים רוצים להודות לג'וזפין קלשובן וללורן פארולה על תיקון הפרוטוקול. המחברים רוצים גם להודות לאריקה טבארס ורוהיט בדידה על עזרתם לאורך רכישת הנתונים, ולקלפיט שאה, ארנולד-פיטר וייס וסקוט וולף על עזרתם בפירוש נתונים. מחקר זה התאפשר בתמיכת המכונים הלאומיים לבריאות P30GM122732 (COBRE Bio-engineering Core) ומענק מהקרן האמריקאית לכירורגיה של היד (AFSH).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
סורק משטח תלת מימד	Artec 3D	Artec Space Spider^TM	Luxembourg
Autoscoper	אוניברסיטת בראון	https://simtk.org/projects/autoscoper
https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2019.05.040 CT סורק	ג'נרל אלקטריק (GE)	Lightspeed 16	מילווקי, ויסקונסין, ארה"ב
Geomagic Wrap 3D	3DSystems	גרסת 2017	רוק היל, דרום קרוליינה, ארה"ב
יחידת עיבוד גרפי (GPU)	Nvidia	GeForce GTX 1080	GPU תומך
CUDA מצלמות וידאו מהירות	Phantom	Version 10	Vision Research, וויין, ניו ג'רזי, ארה"ב
מגביר תמונה	Dunlee	בקוטר 40 ס"מ	אורורה, אילינוי, ארה"ב
ImageJ	קוד פתוח (אוניברסיטת בראון)	https://imagej.net/Fiji	https://doi.org/10.1038/nmeth.2019
Matlab	The MathWorks, Inc.	R2017a עד R2020a	Natick, MA, ארה"ב
חיקויים	מתממשים	גרסה 19.0 עד 22.0	לוון, בלגיה
מצלמות לכידת תנועה	Qualisys	Oqus 5+	גטבורג, שבדיה
מחוללי רנטגן פועמים	EMD Technologies	EPS 45– 80	Saint-Eustache, קוויבק, QC, קנדה
רשת מניעת עיוות	McMaster-Carr	9255T641	גיליון מחורר פלדה חורים מדורגים, 0.048 אינץ' THK, קוטר חור 0.125 אינץ', שתל שורש כף היד 36 אינץ' x 40 אינץ'
(מחקר במבחנה)	Integra LifeSciences	Universal 2	Plainsboro, NJ, ארה"
שתל שורש כף היד (מחקר In-vivo)	Integra LifeSciences	Freedom	Plainsboro, ניו ג'רזי, ארה"ב
WristViz	קוד פתוח (אוניברסיטת בראון)	https://github.com/DavidLaidlaw/WristVisualizer/tree/master	תוכנת קוד פתוח
צינורות רנטגן	Varian Medical Systems	דגם G-1086	פאלו אלטו, קליפורניה, ארה"ב
XMALab	קוד פתוח (אוניברסיטת בראון)	https://www.xromm.org/xmalab/	https://doi.org/10.1242/jeb.145383

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Leardini, A., Chiari, L., Croce, U. D., Cappozzo, A. Human movement analysis using stereophotogrammetry: Part 3. Soft tissue artifact assessment and compensation. Gait & Posture. 21 (2), 212-225 (2005).
Miranda, D. L., Rainbow, M. J., Crisco, J. J., Fleming, B. C.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

וידאו-רדיוגרפיה דו-מישורית לחקר שורש כף היד והמפרקים הרדיו-אולנריים הדיסטליים

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles